本發(fā)明涉及合金結(jié)構(gòu)鋼領(lǐng)域，具體公開了一種高強(qiáng)韌性微合金結(jié)構(gòu)鋼及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、微合金結(jié)構(gòu)鋼性能良好，廣泛應(yīng)用于橋梁、高層建筑、發(fā)電設(shè)備、各類管線等領(lǐng)域。其中鋼基體中合金元素的添加量很少，但能使性能明顯提高。微合金在鋼基體內(nèi)，起到晶粒細(xì)化、減少夾雜物、減少裂紋、提高淬透性等作用，可根據(jù)具體的需求來確定合適的合金元素種類和含量。

2、在微合金結(jié)構(gòu)鋼表面滲碳可以進(jìn)一步提升其強(qiáng)度，但常規(guī)滲碳工藝會(huì)導(dǎo)致晶粒粗大，先進(jìn)行預(yù)滲碳的步驟又存在時(shí)間過長的問題，以上問題均會(huì)導(dǎo)致微合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度或韌性出現(xiàn)一定程度的下降；因此，研究一種高強(qiáng)韌性微合金結(jié)構(gòu)鋼及其制備方法具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)韌性微合金結(jié)構(gòu)鋼及其制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種高強(qiáng)韌性微合金結(jié)構(gòu)鋼的制備方法：包括以下步驟：

3、s1：在鐵水中加入精煉劑，精煉扒渣；加入變質(zhì)劑，變質(zhì)處理；依次進(jìn)行真空脫氣、連鑄、軋制，得基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼；

4、s2：將基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)清洗，進(jìn)行電鍍，得表面沉積有改性石墨的結(jié)構(gòu)鋼a；

5、s3：取結(jié)構(gòu)鋼a，進(jìn)行高溫滲碳、低溫滲碳、擴(kuò)散、淬火冷卻、回火，得高強(qiáng)韌性微合金結(jié)構(gòu)鋼。

6、較為優(yōu)化地，s1步驟具體包括：取鐵水；在1600～1700℃加入鐵水質(zhì)量1～2％的精煉劑，停20～30min后，扒渣；加入鐵水質(zhì)量1～2％的變質(zhì)劑，停留20～30min，除渣；進(jìn)行真空脫氣、連鑄(溫度：1180℃～1220℃)、軋制(1200℃加熱5～6h后進(jìn)行軋制開坯，開坯后坑冷至180℃，之后再次加熱至1180℃，保溫5～6h，保溫結(jié)束后進(jìn)行軋制，初軋溫度1100～1180℃，終軋溫度850～1000℃，軋后空冷)，得基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼。

7、較為優(yōu)化地，s1步驟具體包括：取鐵水；在1600℃加入鐵水質(zhì)量1％的精煉劑，停20min后，扒渣；加入鐵水質(zhì)量1％的變質(zhì)劑，停留25min，除渣；進(jìn)行真空脫氣、連鑄(溫度：1220℃)、軋制(1200℃加熱6h后進(jìn)行軋制開坯，開坯后坑冷至180℃，之后再次加熱至1180℃，保溫6h，保溫結(jié)束后進(jìn)行軋制，初軋溫度1100℃，終軋溫度950℃，軋后空冷)，得基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼。

8、較為優(yōu)化地，所述鐵水包括如下質(zhì)量百分比的各組分：c：0.7～0.85％，si：0.15～0.35％，mn：0.70～0.90％，p：≤0.025％，s：≤0.025％，cr：0.16～0.25％，v：0.068～0.08％，cu：≤0.001％，ni：≤0.001％，ti：≤0.001％，其余為fe及不可避免雜質(zhì)。

9、較為優(yōu)化地，所述鐵水包括如下質(zhì)量百分比的各組分：c：0.75％，si：0.2％，mn：0.75％，p：0.005％，s：0.015％，cr：0.22％，v：0.071％，cu：0.001％，ni：0.001％，ti：0.001％，其余為fe及不可避免雜質(zhì)。

10、較為優(yōu)化地，s2步驟中清洗的工藝為：將基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)80℃的水清洗30s，浸入5％的硫酸中10min，再經(jīng)水洗凈。

11、較為優(yōu)化地，s2步驟中電鍍的具體工藝為：控制溫度為50～60℃，ph＝7～8，電流密度4～6a/dm3，在電鍍液中進(jìn)行電鍍10～15min；

12、所述電鍍液包括以下原料：六水硫酸鎳30～40g/l、六水氯化鎳5～15g/l、硫酸鋅5～10g/l、硫酸氧鈦3.5～10.5g/l、檸檬酸三鈉50～60g/l、5～10g/l添加劑、5～10g/l改性石墨，其余為水。

13、較為優(yōu)化地，所述改性石墨的制備包括以下步驟：步驟一：取環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑、二(羥乙基)甲基十二烷基氯化銨、3-氨基-5-氟吡啶、dmso，升溫至130～140℃，攪拌4～6h，除去溶劑，得改性劑a；

14、步驟二：取納米石墨、乙醇、水，加入改性劑a，40～50℃攪拌5～6h，過濾，干燥，得改性石墨；

15、所述改性劑a包括以下原料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)：10～15份環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑、5～8份二(羥乙基)甲基十二烷基氯化銨、2～4份3-氨基-5-氟吡啶、150～200份dmso；

16、所述改性石墨包括以下原料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)：10～15份納米石墨、40～60份乙醇、40～60份水、3～5份改性劑a。

17、較為優(yōu)化地，所述添加劑的制備包括以下步驟：步驟一：取份超支化聚丙烯酸、檸檬酸酯、6-羥基-2-吡啶羧酸、異辛酸亞錫、對甲苯磺酸一水合物，混合均勻，升溫至130～140℃攪拌1～2h，升溫至150～160℃攪拌4～6h，降溫至130～140℃，加入環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑，攪拌4～6h，除去溶劑，得改性劑b；

18、步驟二：取二硫化鉬、乙醇、水，加入改性劑b，40～50℃攪拌5～6h，得添加劑；

19、所述改性劑b包括以下原料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)：15～20份超支化聚丙烯酸、4～6份檸檬酸酯、1～3份6-羥基-2-吡啶羧酸、0.1～0.2份異辛酸亞錫、0.04～0.05份對甲苯磺酸一水合物、10～15份環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑；

20、所述添加劑包括以下原料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)：5～10份二硫化鉬、40～60份乙醇、40～60份水、8～12份改性劑b。

21、較為優(yōu)化地，s2步驟中，所述高溫滲碳的具體工藝：溫度為900～950℃，碳勢為1.1，時(shí)間為3～4h；所述低溫滲碳的具體工藝：溫度為800～850℃，碳勢為1.1，時(shí)間為2～3h；所述擴(kuò)散的具體工藝：溫度為800～850℃，碳勢為0.8，時(shí)間為1～2h。

22、較為優(yōu)化地，所述精煉劑包括以下原料，按質(zhì)量百分比：80～90％cao、10～20％al2o3；所述變質(zhì)劑包括以下原料，按質(zhì)量百分比：50～60％稀土硅鐵、20～30％改性硅鐵、10～20％硅鈣合金、5～10％微量元素；所述微量元素包括以下原料，按質(zhì)量百分比：40％zr、25％cu、15％sb、15％bi和5％b。

23、較為優(yōu)化地，所述精煉劑包括以下原料，按質(zhì)量百分比：85％cao、15％al2o3。

24、較為優(yōu)化地，所述改性硅鐵的制備包括以下步驟：將質(zhì)量比(1～2)：1的碳化鈦粉末與鎳基粉末混合，得混合物；該混合物通過等離子轉(zhuǎn)移弧焊沉積到硅鐵表面，得改性硅鐵。

25、較為優(yōu)化地，所述改性硅鐵的制備包括以下步驟：將質(zhì)量比2：1的碳化鈦粉末與鎳基粉末混合，得混合物；該混合物通過等離子轉(zhuǎn)移弧焊沉積到硅鐵表面，得改性硅鐵；所述鎳基粉末為oerlikon?metco公司的metcoclad?625粉末(ni21cr9mo4nb)；沉積設(shè)備是具有excalibur焊炬的starweld?400a，沉積參數(shù)是：2l/minar中心氣流，2l/min?ar粉末氣流，12l/minar保護(hù)氣流，電壓29v，電流145a，沉積時(shí)間0.2s。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：除渣完成后，加入變質(zhì)劑，使晶粒進(jìn)一步細(xì)化，變質(zhì)劑中含有改性硅鐵，即表面沉積的碳化鈦粉末與鎳基粉末的硅鐵；硅鐵為合金變質(zhì)劑，可以提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能但綜合效果不佳；碳化鈦在晶界處富集，起釘扎作用，增加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)韌性，但由于尺寸過小，容易積聚成團(tuán)，使用效果降低；因此，將碳化鈦沉積在硅鐵表面再加入，有效提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)力和韌性；且晶粒細(xì)化后，有助于后續(xù)步驟滲碳的進(jìn)行；

27、在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼表面電鍍，鍍層一方面提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼的耐腐蝕性，另一方面作為過渡層，有利于提高后續(xù)步驟滲碳時(shí)滲碳層的均勻性；分布在鍍層中的改性石墨可作為后續(xù)步驟中碳化物的生長核心，提高形核率且有助于得到細(xì)小均勻的碳化物顆粒，使?jié)B碳時(shí)無需先進(jìn)行低溫滲碳形成預(yù)存碳化物顆粒，可以直接高溫滲碳，提高了滲碳效率；

28、為了改善石墨在電鍍液中的分散性，使用改性劑a；改性劑a中3-氨基-5-氟吡啶中吡啶結(jié)構(gòu)的分子平面性有助于鍍層在碳納米管表面有序吸附，氟可以起到潤滑作用，幫助得到平整的鍍層；二(羥乙基)甲基十二烷基氯化銨的陽離子結(jié)構(gòu)有效改善石墨的分散性；

29、電鍍液中還加入添加劑，添加劑是改性劑b改性的二硫化鉬，二硫化鉬本身潤滑性良好，加入有助于提高鍍層的性能；改性劑b中，包括超支化聚丙烯酸、檸檬酸酯、6-羥基-2-吡啶羧酸；超支化聚丙烯酸可提升二硫化鉬分散性；檸檬酸酯、6-羥基-2-吡啶羧酸有輔助絡(luò)合的作用，同時(shí)還能作為電鍍的光亮劑和整平劑，有助于鍍層的均勻性；綜上，該添加劑有助于平整均勻的鍍層的形成，也有助于分散改性石墨，對后續(xù)滲碳步驟有積極效果；

30、滲碳處理后能進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)鋼a表面硬度，且使其內(nèi)部維持很好的韌性，但常規(guī)滲碳工藝存在晶粒粗大影響性能，先進(jìn)行預(yù)滲碳的步驟又存在時(shí)間過長的問題；本發(fā)明由于結(jié)構(gòu)鋼a表層存在改性石墨，可以直接進(jìn)行高溫滲碳，高溫滲碳后再降低溫度進(jìn)行低溫滲碳，進(jìn)一步細(xì)化碳化物并降低滲碳層內(nèi)應(yīng)力，得到均勻的滲碳層。